内視鏡・腹腔鏡下手術支援メカトロニクスシステムの開発

• Project/Area Number: 00J09481
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Research Fellow: 中村 亮一 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2000 – 2002
• Project Status: Completed(Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost : ¥2,900,000); Fiscal Year 2002 : ¥900,000 (Direct Cost : ¥900,000); Fiscal Year 2001 : ¥1,000,000 (Direct Cost : ¥1,000,000); Fiscal Year 2000 : ¥1,000,000 (Direct Cost : ¥1,000,000)
• Keywords: 医用工学 / 医用ロボット / 内視鏡下手術 / MRI誘導下手術 / 温度治療

Research Abstract

本年度は昨年に引き続き、医療用メカトロニクスシステムを中心とする外科手術支援システムに必要不可欠なシステム構成要素である術中情報獲得(モニタリング)システム及び術中戦略支援(ナビゲーション)システムといったソフトウエアの研究開発を行った。今年度は対象とする術式を腹部領域(主として肝・腎)でのMR誘導下冷凍治療(Cryotherapy)に絞り、この術式を支援するモニタリングおよび及び治療戦略支援システムの構築を行った。
今年度のシステム開発においては、システムを構成する大きな要素として次の3つの要素技術を開発した。
1.術中に逐次撮像されるMRI画像から術中の氷球形状を三次元的かつ定量的に自動抽出するオートセグメンテーション法
2.1.により得られた定量的な氷球形状の経時的変化からオプティカルフロー法を用いて氷球成長速度を推定し、この速度情報を利用して近未来の氷球形状を予測する治療効果予測法
3.1.、2.により得られたリアルタイム/将来の氷球情報を基に、治療の進捗・安全性等の評価指標を医師に提示する治療モニタリング法
さらにこれらの要素技術を組み合わせ、3次元画像表示ソフトウエアとユーザインタフェースをあわせたMR誘導下冷凍治療支援システムの構築を行った。
5例の動物実験と数例の臨床データを用いたオフラインでの実験の結果、本システムで提示されるリアルタイム/近未来の表球データは医師の作成した氷球データとの比較の結果高い精度を持ち、またMR画像取得/計算/描画に要する時間も2秒程度と、精度・リアルタイム性共に高い能力を有し、将来的な臨床への応用が可能であると考えられる。本年度開発したモニタリング・ナビゲーションシステムと、初年度に開発した能動鉗子システムを組み合わせることにより、低侵襲手術を実現する総合的外科支援メカトロニクスシステムの臨床応用が可能となると考えられる。